세포 안팎의 이온 기울기는 세포의 성장, 분열 및 대사작용 등 여러 중요한 역할을 매개합니다. 따라서 세포의 이온 항상성 교란은 세포의 중요한 기능을 억제하기 때문에 효과적으로 자가 사멸을 유도할 수 있습니다. 따라서 이온 교란 물질은 최근에 새로운 항암제로 사용되고 있죠.
기존의 이온 교란 물질은 이온 교란 능력이 뛰어나지만 소수성이 크기 때문에 물에 대한 용해도가 낮고 임상 적용가능성이 낮은 한계점을 갖고 있습니다. 뿐만 아니라 이온 교란을 통한 자가사멸 유도 메커니즘이 정확하게 규명되지 않아 많은 연구가 필요한 분야죠.
이런 가운데 KAIST 생명화학공학과 김유천 교수 공동 연구팀이 세포의 이온 항상성을 교란하는 새로운 원리로 암세포 자가사멸을 유도하는 항암제를 개발했습니다. <Advanced Science>에 게재된 논문에 따르면 연구팀이 개발한 이온 교란 펩타이드는 세포의 활성산소 농도를 급격하게 높이고 소포체에 강력한 스트레스를 부여해 최종적으로 자가사멸을 유도할 수 있다고 합니다.
어떻게 개발했는가
연구팀은 물에 대한 용해성을 갖는 동시에 칼륨 이온 수송 능력까지 지니는 알파나선 기반 펩타이드를 성공적으로 합성했습니다. 연구팀은 펩타이드 곁사슬 끝에 양이온성과 포타슘 이온 수송 가능한 그룹을 결합시켜 수용성도 크고 세포막과 정전기적 인력을 가능하게 설계했습니다.
연구팀은 또한 칼륨 이온 수송 능력으로 세포 내의 칼륨 이온을 밖으로 방출했습니다. 동시에 칼슘이온을 세포 내로 유입시켜 세포 내의 전반적 이온 항상성을 교란시켰습니다. 이온 항상성 교란은 세포의 활성산소 농도를 급격하게 증가시켰습니다. 소포체에 강력한 스트레스를 줬죠. 최종적으로 자가사멸을 유도할 수 있습니다. 여기서 자가사멸이란 세포가 특정한 신호로 스스로 죽는 현상을 말합니다. 소포체 스트레스는 특정 자극으로 소포체에 있는 단백질 접힘이 사라져 받는 스트레스를 말하죠. 소포체 스트레서가 활성화되면 자가사멸 신호가 유도될 수 있습니다.
나아가 연구팀은 종양 이식된 실험용 쥐 모델을 이용해 치료 효과 평가 및 자가사멸 신호 규명을 진행했습니다. 실험 결과 연구팀이 개발한 이온 교란 펩타이드는 동물 모델에서도 높은 암 억제 효과가 나타났고 소포체 스트레스를 통한 자가사멸 신호를 통해서 암 성장을 저해시켰습니다.
앞으로의 전망
연구를 주도한 이대용 박사는 "이온 교란 펩타이드는 세포 내의 활성산소 농도를 크게 높여 세포 자가사멸을 유도하기 때문에 기존의 항암 치료보다 더 효과적일 것으로 기대한다"고 말했습니다. 김유천 교수는 "새로운 기작으로 암세포를 사멸하는 항암 펩타이드는 기존 항암요법의 한계점을 대체할 수 있는 새로운 방법으로 사용될 것이라 기대한다"고 전했습니다.
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